异步电动机的基本结构和工作原理.ppt
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1、电机技术,异步电机篇,异步电机,第三篇,第八章 异步电动机的基本结构和工作原理,第八章 异步电动机的基本结构和工作原理,1.熟悉异步电动机的基本结构各部件的特点和作用 ;,3.掌握三相异步电动机的铭牌和相关技术数据 。,2.掌握异步电动机的基本工作原理 ;,本章节重点和难点:,本章节基本要求:,重点:,1.异步电动机的工作原理 ;,2.转差率的定义以及用转差率来判断电机运行的三种状态 ;,3.三相异步电动机的铭牌和相关技术数据 。,难点:,1.异步电动机的基本结构各部件的特点和作用 ;,2.电机运行三种状态的判断 ;,3.异步电机的额定值 。,三相异步电动机的转动原理,A,X,Y,C,B,Z,
2、定子三相绕组通入三相交流电,感应电动势 E20,电磁力F,第一节 异步电动机的基本工作原理,二、旋转磁场的转速,旋转磁场转速n1与定子电流频率f1、磁极对数p有关。,式中: n1旋转磁场的转速,又称同步转速,单位为r/min; f1定子电流的频率,单位为Hz; p旋转磁场的极对数。,异步电动机转速和极对数的对应关系表 (f1=50Hz),三、 转差率,旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为转差率,是一个重要的物理量。,由前面分析可知,电动机转子转动方向与磁场旋转的方向一致,但转子转速 n 不可能达到与旋转磁场的转速相等,即,如果:,因此,转子转速与旋转磁场转速间必须
3、要有差别。,1.转速差:是异步电机转子转速n与旋转磁场同步转速n1间的差值,即n=n1-n。它表示定子旋转磁场切割转子导体的速度,它的大小决定着转子电动势及其频率的大小,直接影响到异步电机的工作状态。,2.转差率:是异步电机转子转速n与旋转磁场同步转速n1间的差值与旋转磁场同步转速n1的比值。用s表示,即:,(2)负载的大小也决定转差率的大小。负载越大,转速越低,转差率越大;反之,转差率越小。因而,转差率的大小同时能够反映电机的转速大小或负载大小。则异步电机的转速为:,例1:一台三相异步电动机,其额定转速n=975 r/min,电源频率 f1=50 Hz。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率
4、。,解:由于电动机的额定转速应接近且略小于同步转速n1,而n1对应于磁极对数p有一系列固定值。所以,n1=1000r/min,即p=3。,额定转差率为:,例2:一台三相四极50Hz异步电动机,已知额定转速为 1440 r/min。求额定转差率SN。 解:该电动机的同步转速为: 因而电动机的额定转差率为: ,四、异步电机的三种运行状态,1.电动机运行状态(0s1),如图中用虚线表示定子旋转磁场的等效磁极,它以转速n1旋转,在电动机运行状态下,n与n1方向相同且nn1。根据电磁感应和电磁力定律可知,定子旋转磁场与转子电流相互作用将产生驱动性质的电磁力f和电磁转矩。拖动转子转动,这时电磁力为原动力,
5、负载力为阻力,当二力平衡时,转子转速达到稳定,运转速度为n,此时异步电机转速小于旋转磁场转速,则(0s1),当负载变大时,必须有较大的转子电动势和电流,s增大。说明了定子从电力系统吸收电功率转换为机械功率输送给转轴上的负载。,2.发电机运行状态(-s0),当异步电机由原动机驱动,使转子转速n与n1同方向且超过n1时,即nn1,转差率s变为负值,定子旋转磁场切割转子导体的方向与电动机相反,如图所示,根据电磁感应和电磁力定律可知,转子电流反向,定子旋转磁场与转子电流相互作用,将产生制动性质的电磁力f和电磁转矩。若要维持转子转速n且大于n1时,原动机必须向异步电机输入机械功率,从而克服电磁转矩做功。
6、说明了,输入的机械功率转换为电功率输送给电力系统,此时,异步电机运行于发电机状态。,3.电磁制动运行状态(1s+),如图所示,异步电机定子绕组通入三相交流电流产生旋转磁场,以转速n1逆时针方向旋转,同时,转子被一个外加转矩以转速n顺时针方向旋转。同理,这时定子旋转磁场切割转子导体的方向与电动机状态相同,产生的电磁力f和电磁转矩与电动机状态相同,其方向也是逆时针的,但此时外加转矩使转子以顺时针方向旋转,电磁转矩对外加转矩是制动的。说明了,一方面定子从电力系统吸收电功率,另一方面驱动转子反转的外加转矩克服电磁转矩做功,向异步电机输入机械功率。这时异步电机运行在电磁制动状态。可见,从两个方面输入的功
7、率将转变为电机内部的热能。,异步电机的三种运行状态,根据转差率的大小和正负,异步电机有三种运行状态表,第二节 异步电动机的基本结构,(感应电机),定子绕组,定子铁心,转子,机座,鼠笼型结构,转子铁心,转轴,转子绕组,绕线型结构,定子,气隙(0.2-2mm),异步电动机,按定子绕组供电电源相数,按转子绕组的结构,结构简单,坚固,成本低,运行性能不如绕线式,通过外串电阻改善电机的起动,调速等性能,异步电机分类,异步电动机结构图(1),异步电动机结构图(2),按转子结构分类,绕线型异步电动机,鼠笼型异步电动机,鼠笼异步机的结构,转子,气隙,一、鼠笼式电动机结构,1.定子部分,(1)定子铁芯导磁部分
8、定子铁芯是电机磁路的一部分,并起固定定子绕组的作用。为了增强导磁能力和减小铁耗,定子铁芯常选用0.5mm或0.35mm厚的硅钢片冲制叠压而成,片间涂上绝缘漆。定子铁芯内圆均匀冲出许多形状相同的槽,用以嵌放定子绕组。,由定子铁芯、定子绕组和机座组成。,注:一般为了减小涡流损耗,叠片间需经绝缘处理。小容量电机由硅钢片表面的氧化膜绝缘,大容量电机硅钢片间涂有绝缘漆。,定子铁芯槽形的简介,整个定子铁芯为一个内圆周上均匀带有齿槽的环形柱状铁芯,其内径、外径和铁芯长度是电机的主要电磁尺寸。定子的槽数、槽形的选择很重要。常用的槽形有三种:半闭口槽、半开口槽和开口槽,如下图所示。,半闭口槽的槽口宽度小于槽宽的
9、一半,可以减小主磁路的磁阻,从而降低励磁电流,适用于散嵌绕组(一般为平行齿),应用于小型电机。,半开口槽,其槽口宽度大于槽宽的一半。,开口槽,其槽口宽度等于槽宽,为平行槽,用于成型绕组,便于嵌线,中、大型电机一般采用这类槽形。,(2)定子绕组:放在定子铁心内圆槽内导电部分。 定子绕组是异步电动机的电路部分,其材料主要采用紫铜或铝线。小型异步电动机常采用三相单层绕组,大中型异步电动机常采用三相双层短矩叠绕组形式,三相绕组的六个出线端子均接在机座侧面的接线板上,可根据需要将三相绕组接成Y形或形。,(3)机座 机座是电动机的外壳,支撑电机各部件,并通过机座的底脚将电机安装固定,要求其要有足够的机械强
10、度和刚度。全封闭式电机的定子铁心紧贴机座内壁,故机座外壳上的散热筋是电机的主要散热面。小型电机一般采用铸铁机座,也有采用铸铝合金 (如小功率水泵电机机座);中小型电机采用铸铁机座;大型电机一般采用钢板焊接机座。,2.转子部分,由转子铁芯、转子绕组和转轴组成。,(1)转子铁芯 转子铁芯也是电机磁路的组成部分,并用来固定转子绕组。铁芯材料也用0.5mm或0.35mm厚的硅钢片冲制叠压而成,故通常用冲制定子铁芯冲片剩余下来的内圆部分制作。转子铁芯固定在转轴上,其外圆上开有槽,用来嵌放转子绕组。,用中碳钢材料制成,起支撑、固定转子铁芯和传递功率的作用。,转子铁芯槽形的简介,转子铁芯固定在转轴上或转子支
11、架上。整个转子的外表呈圆柱形,一般外圆上均冲有同形槽,其槽形对电机的性能,特别的笼型异步电动机的起动性能有很大的影响,小功率电动机可以选平行齿,运行性能较好;功率较大的电动机可选平行槽,以提高起动性能;为获得更高起动性能可用凸形槽,但工艺结构比较复杂;小电机也有用闭口槽,以降低杂散损耗。如还需进一步改善起动性能,可以采用其他特殊槽形(如异形槽、深槽等)。,(2)转子绕组根据转子绕组的结构型式可分为鼠笼式和绕线式 1)鼠笼式转子:转子铁心的每个槽内插入一根裸导条(铜或铝导条),形成一个多相对称短路绕组。,笼型转子生产工艺简介,转子铁芯的每一槽中有一根导体,这些导条两端各有一个圆环,将它们短接起来
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